本文選題：染料敏化太陽能電池 + 對電極��； 參考：《中國礦業(yè)大學》2014年博士論文

【摘要】：探索染料敏化太陽能電池（DSSC）對電極非鉑新材料以及深入探究對電極電子輸運機理已成為該領域關鍵課題之一。本論文圍繞多元硒/硫化物及其復合材料的合成以及在DSSC對電極的應用展開研究。在材料合成方面，探索多元硒/硫化物及其復合材料的可控合成方法，努力突破困擾多元化合物合成的技術瓶頸，為實現(xiàn)該類材料的可控合成奠定基礎；在電極制備方面，探索硒/硫化物等對電極的制備技術方法，優(yōu)化制備工藝參數(shù)，為該類對電極的制備提供實驗基礎；在性能檢測與表征方面，針對硒/硫化物等的材料特性與對電極的結構特點，建立了一種窄帶系半導體化合物作對電極的性能表征體系，準確深入的表征該類對電極催化材料的綜合電化學性能；在電子輸運機理研究方面，探究硒/硫化物及其復合材料對電極的電子輸運本質，為新型對電極的選材與結構設計提供了理論基礎。 發(fā)展了一種簡易制備多元硒/硫化物納米材料的方法。采用溶劑熱合成法，在綠色、溫和的條件下合成硒/硫化物納米晶，以乙二胺為溶劑和表面活性劑，實現(xiàn)了多元硒化物Cu2ZnSnSe4、Cu2SnSe3和多元硫化物Cu2ZnSnS4納米材料的可控合成�？朔硕嘣衔锖铣傻募夹g瓶頸，合成的納米材料形貌規(guī)則、尺寸均勻、物相純凈且化學計量比準確。將合成的納米顆粒配制成“墨水”，，采用滴涂和旋涂等工藝在FTO導電襯底上沉積薄膜并用作DSSC對電極催化層。研究了薄膜厚度、退火溫度等工藝參數(shù)對DSSC光電性能和對電極電化學性能的影響，探索出制備Cu2ZnSnSe4、Cu2SnSe3和Cu2ZnSnS4對電極的最佳工藝路線。針對這類窄帶系半導體化合物的能級結構特點和對電極的結構特點，建立光照對稱電池測量方法，即采用對電極-電解液-對電極的對稱電池結構，在光照下進行電化學性能表征測試。該法避免了對電極受到光效應和電效應的交互影響，考察光效應和電效應分別對這類對電極的電化學性能影響，可以真實、準確的表征該類對電極的綜合電化學性能。分析了Cu2ZnSnSe4、Cu2SnSe3和Cu2ZnSnS4等對電極的電子輸運機理。與傳統(tǒng)的Pt等對電極的電子輸運過程分兩個步驟不同，窄帶系半導體化合物對電極的電子輸運除了從外電路接收電子和供給電子給電解液中的I3-，還需把電子從半導體的價帶激發(fā)到導帶，而光電陽極的透射光可以激發(fā)電子從半導體價帶躍遷到導帶。該類對電極電化學性能主要受電子激發(fā)的制約，而激發(fā)到導帶中的電子易與電解液中的I3-結合，實現(xiàn)對I3-的還原。 發(fā)展了一種疊層結構的DSSC復合對電極。以晶體結構、電子結構相匹配的Cu2ZnSnS4和Cu2ZnSnSe4為組元，采用旋涂-干燥-旋涂方式，實現(xiàn)了對疊層復合對電極的可控制備。利用Cu2ZnSnS4和Cu2ZnSnSe4吸光特性不同，制備的疊層對電極結構可以更大限度的起到光陷作用，提高對電極半導體材料內部的電子激發(fā)，電子激發(fā)效率的提高有利于電子從對電極轉移到電解液。實驗結果表明：以Cu2ZnSnS4/Cu2ZnSnSe4疊層結構為對電極的DSSC的轉化效率得到了明顯的提高。 發(fā)展了一種Cu2ZnSnS4/MWCNT納米復合對電極材料。針對Cu2ZnSnS4等多元半導體硒/硫化物導電性能不強，構建了以Cu2ZnSnS4和MWCNT為組元的“電催化活性納米晶/導電相”立體網(wǎng)絡導電介孔膜結構，在半導體化合物中加入導電相MWCNT改善Cu2ZnSnS4等對電極的導電性能。立體網(wǎng)絡導電介孔膜結構以MWCNT為骨架，為催化層內部的電子提供了轉移到對電極/電解液的界面的快速通道，介孔膜結構擁有巨大的催化面積，有利于增加對電極的催化點位。Cu2ZnSnS4/MWCNT納米復合對電極材料因同時具有較高的電催化活性和導電性而表現(xiàn)出優(yōu)秀的綜合電化學性能。以Cu2ZnSnS4/MWCNT為對電極的DSSC的轉化效率與Pt相當，在制備成本和穩(wěn)定性等方面又獨具優(yōu)勢，是一種替代Pt的理想的對電極材料。
[Abstract]:This paper studies the synthesis of multi - element selenium / sulfide and its composite material and its application in the application of DSSC to the electrode . In the aspect of material synthesis , we explore the controllable synthesis method of multi - element selenium / sulfide and its composite material .
In the aspect of electrode preparation , the preparation technology of the counter electrode such as selenium / sulfide is explored , the preparation process parameters are optimized , and the experimental basis is provided for the preparation of the counter electrode of the class ;
In the aspect of performance detection and characterization , the performance characterization system of the narrow band semiconductor compound on the electrode was established for the characteristics of the materials and the structure characteristics of the counter electrode .
In the research of electron transport mechanism , the electron transport essence of selenium / sulfide and its composite material is investigated , which provides a theoretical basis for the selection and structural design of the novel counter electrode .

A simple method for preparing multi - element selenium / sulfide nano - material is developed . The synthesis of Cu 2ZnSnSe4 , Cu2SnSe3 and Cu2ZnSnS4 nano - material is carried out by using solvent thermal synthesis method under the condition of green and mild conditions . The electron transport mechanism of Cu2ZnSnSe4 , Cu2SnSe3 and Cu2ZnSnS4 nano - material is studied .

By using Cu2ZnSnS4 and Cu2ZnSnSe4 as the component , the structure of the laminated counter electrode can be controlled by the spin coating - drying - spin coating method . The structure of the laminated counter electrode can play a light trapping function to the limit of the electrode structure . The results show that the conversion efficiency of the DSSC with Cu2ZnSnS4 / Cu2ZnSnSe4 laminated structure as the counter electrode is obviously improved .

Cu2ZnSnS4 / MWCNT composite counter electrode material has excellent comprehensive electrochemical performance . Cu2ZnSnS4 / MWCNT composite counter electrode material has excellent comprehensive electrochemical performance . Cu2ZnSnS4 / MWCNT composite counter electrode material has high catalytic activity and conductivity .
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM914.4

【參考文獻】

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1 朱磊;強穎懷;趙宇龍;顧修全;宋端鳴;宋昌斌;;簡易合成Cu_2SnSe_3作染料敏化太陽能電池對電極(英文)[J];物理化學學報;2013年11期

本文編號：2006549